一种发动机天然气计量与供给装置的制作方法

本发明涉及一种重型天然气发动机设备，尤其涉及一种发动机天然气计量与供给装置，具体适用于通过主气路、补偿气路并行的方式以实现既能满足重型天然气发动机的气量需求，又能确保喷嘴使用寿命，且使用成本较低的目的。

背景技术：

天然气发动机市场需求越来越大，同时市场对天然气发动机的可靠性要求也越来越高。天然气有别于汽、柴油，无润滑、冷却作用，这致使天然气发动机燃气供给部件使用寿命较短。天然气计量与供给装置是天然气发动机进气系统的重要组成部件，天然气喷射器为其核心元件，既有计量作用也起供给作用，对于小排量发动机而言，只靠天然气喷射器即可实现燃料量的精确控制，但对于重型发动机而言，大的燃料需求量势必会提升天然气喷射器的开关频率，较大的燃气流量也会提升单个天然气喷射器的流通量，就目前而言，可靠性满足要求的大流量喷嘴是目前重型天然气发动机开发的难点，若采用多个小流量喷嘴虽可降低喷嘴使用频率，在一定程度上提升整个供给装置的使用寿命，但同时却增加了发动机成本。

申请公布号为CN105840372A，申请公布日为2016年8月10日的发明专利申请公开了一种车用天然气发动机燃气喷射量均匀性控制系统及控制方法，包括ECU、天然气供气瓶和与发动机的气缸数量相等的喷射系统，每个喷射系统均包括至少一个气轨和与ECU相连接的喷射单元，每个气轨的进气口与高压电磁阀之间均设有一个计量单元，每个计量单元均包括一个与ECU相连接的毫秒级转子流量计，该毫秒级转子流量计能对毫秒级别的天然气瞬态流量进行计量。虽然该发明通过计量单元、毫秒级转子流量计的设置及其对应的控制方法能提升天然气喷射量的均匀性，但其仍旧具有以下缺陷：

首先，该发明只依赖气轨这一个气路为发动机提供天然气，且气轨内包括至少6个天然气喷射器，仍属于多个小流量喷嘴的控制范畴，不仅数量较多，成本较高，而且控制步骤繁琐，难以满足重型天然气发动机的气量需求；

其次，该发明中采用的计量单元、毫秒级转子流量计对应的是一个整的气轨，它所调节的是整个气轨的气量，目的是提高响应速度，并不涉及如何满足重型天然气发动机的气量需求，也就不能克服现有技术中存在的使用寿命短、成本高的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的不能同时满足重型天然气发动机的气量需求、喷嘴使用寿命、使用成本的缺陷与问题，提供一种既能满足重型天然气发动机的气量需求，又能确保喷嘴使用寿命，且使用成本较低的发动机天然气计量与供给装置。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种发动机天然气计量与供给装置，包括天然气进口、天然气出口与气轨总成，所述天然气进口依次经气轨总成、天然气出口后与发动机相通，且在气轨总成内设置有至少两个天然气喷射器；

所述发动机天然气计量与供给装置包括主气路与补偿气路，主气路中流经的天然气的气量大于补偿气路，且在补偿气路中设置有气轨总成；

所述天然气进口分别与主气路、补偿气路的进气口相通，主气路、补偿气路的出气口均经天然气出口后与发动机相通。

所述补偿气路中流经的天然气的气量占总气量的比例为小于等于10%。

所述天然气进口经进气稳压腔后与主气路、补偿气路的进气口相通，所述主气路、补偿气路的出气口经出气稳压腔后与天然气出口相通。

所述主气路包括文丘里进气管与文丘里管，所述文丘里进气管的一端与进气稳压腔相通，文丘里进气管的另一端经文丘里管后与出气稳压腔相通。

所述文丘里管包括依次相通的入口段、缩口段、稳流段、扩压段与稳压段，所述入口段、稳流段、稳压段的横剖面为矩形结构，所述缩口段、扩压段的横剖面为梯形结构；

所述入口段的直径与缩口段的大直径端的直径一致，缩口段的小直径端的直径与稳流段的直径一致，稳流段的直径与扩压段的小直径端的直径一致，扩压段的大直径端的直径与稳压段的直径一致。

所述文丘里进气管的另一端依次经文丘里管、流量计、流量计出气管后与出气稳压腔相通；所述流量计、流量计出气管的直径大于等于入口段的直径，所述稳压段的直径与文丘里进气管的直径一致。

所述补偿气路包括气轨总成进气管、气轨总成出气管与气轨总成，所述进气稳压腔依次经气轨总成进气管、气轨总成、气轨总成出气管后与出气稳压腔相通，所述气轨总成内设置有至少两个天然气喷射器，且天然气喷射器的排列方式为并联。

所述气轨总成包括上气轨、下气轨与天然气喷射器，且在上气轨内开设有单向开口的上气轨稳压腔，下气轨内开设有单向开口的下气轨稳压腔；

所述上气轨稳压腔的进气口经进气接头与气轨总成进气管相通，上气轨稳压腔的侧围底部经天然气喷射器与下气轨稳压腔的侧围顶部相通，下气轨稳压腔的出气口经出气接头与气轨总成出气管相通。

所述天然气喷射器包括喷射器本体及其内部开设的同轴的喷射器天然气通道，所述喷射器天然气通道的顶、底两端分别设置有上气轨天然气出口、下气轨天然气进口，所述上气轨天然气出口与上气轨稳压腔的侧围底部相通，所述下气轨天然气进口与下气轨稳压腔的侧围顶部相通。

所述喷射器天然气通道包括同轴的上通道、下通道，所述上气轨天然气出口依次经上通道、下通道后与下气轨天然气进口相通，且上通道的直径小于下通道的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种发动机天然气计量与供给装置中，将天然气进口、天然气出口之间的气路分为并行的主气路与补偿气路，主气路中流经的天然气的气量大于补偿气路，且在补偿气路中设置有气轨总成，使用时，主气路负责供给发动机所需的大部分天然气，补偿气路对发动机工况所需的天然气量进行微调正，满足精确控制发动机空燃比要求，如此，既不需要设置大流量喷嘴，避免其开发难度大，使用寿命相对较短，市场价格高的缺陷，而且不需要采用较多数量的小流量喷嘴，避免其使用成本较大，控制策略繁琐的缺陷。因此，本发明不仅能满足重型天然气发动机的气量需求，而且能确保喷嘴使用寿命，且使用成本较低。

2、本发明一种发动机天然气计量与供给装置中，主气路中采取文丘里管作为核心供气部件，使用中，气体流经文丘里管后，形成压力差，从而加大气流流量，进而提高主气路中的天然气流量，以满足重型天然气发动机的气量需求，也为补偿气路的调节创造基础，利于精确控制的实现，尤其当文丘里管包括依次相通的入口段、缩口段、稳流段、扩压段与稳压段，且各段直径为本设计所公开的特殊技术限定时，更利于气体流速的控制，产生最佳的压力差，以获取最好的流量增大效果。因此，本发明的主气路能够增大气体流量，满足重型天然气发动机的气量需求，利于实现精确控制。

3、本发明一种发动机天然气计量与供给装置中，补偿气路内的气轨总成内设置有至少两个天然气喷射器（天然气喷射器的数量一般为2－3个），天然气喷射器的排列方式为并联，使用中，补偿气路供给的天然气量只是重型车较大需求量中很少的一部分，其作用更多的在于微调整，以达到精确控制发动机空然比的要求，这就意味不需采用较多数量的小喷嘴，从而降低使用成本，同时，较少数量小喷嘴工作时，采取循环工作的方式，以成倍减小单个喷嘴的工作频率，使得单个喷嘴使用寿命相对提高，从而延长整个气轨总成的使用寿命。因此，本发明不仅能够进行微调整以精确控制发动机空燃比要求，而且天然气喷射器的使用频率较低、使用寿命较长，使用成本较低。

4、本发明一种发动机天然气计量与供给装置中，主气路、补偿气路的进气口、出气口分别与进气稳压腔、出气稳压腔相通，使用时，稳压腔可以消除管路中的压力波动，使得腔内各处压力趋于一致，利于天然气在主气路、补偿气路内的顺畅流动，利于主气路、补偿气路效果的发挥。因此，本发明设置稳压腔以减小压力波动，利于同时实现满足重型天然气发动机的气量需求、确保喷嘴使用寿命、使用成本较低这三个优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的剖视图。

图3是图2中文丘里管的放大示意图。

图4是图2中气轨总成的放大示意图。

图中：天然气进口1、天然气出口2、气轨总成3、上气轨31、下气轨32、上气轨稳压腔33、下气轨稳压腔34、进气接头35、出气接头36、天然气喷射器4、喷射器本体41、喷射器天然气通道42、上通道421、下通道422、上气轨天然气出口43、下气轨天然气进口44、上气轨天然气喷射器安装孔内腔45，下气轨天然气喷射器安装孔内腔46，上气轨O型密封圈47，下气轨O型密封圈48、进气稳压腔5、温度/压力传感器51、出气稳压腔6、文丘里管7、入口段71、缩口段72、稳流段73、扩压段74、稳压段75、文丘里进气管76、流量计77、流量计出气管78、主气路X、补偿气路Y、气轨总成进气管Y1、气轨总成出气管Y2。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图4，一种发动机天然气计量与供给装置，包括天然气进口1、天然气出口2与气轨总成3，所述天然气进口1依次经气轨总成3、天然气出口2后与发动机相通，且在气轨总成3内设置有至少两个天然气喷射器4；

所述发动机天然气计量与供给装置包括主气路X与补偿气路Y，主气路X中流经的天然气的气量大于补偿气路Y，且在补偿气路Y中设置有气轨总成3；

所述天然气进口1分别与主气路X、补偿气路Y的进气口相通，主气路X、补偿气路Y的出气口均经天然气出口2后与发动机相通。

所述补偿气路Y中流经的天然气的气量占总气量的比例为小于等于10%。

所述天然气进口1经进气稳压腔5后与主气路X、补偿气路Y的进气口相通，所述主气路X、补偿气路Y的出气口经出气稳压腔6后与天然气出口2相通。

所述主气路X包括文丘里进气管76与文丘里管7，所述文丘里进气管76的一端与进气稳压腔5相通，文丘里进气管76的另一端经文丘里管7后与出气稳压腔6相通。

所述文丘里管7包括依次相通的入口段71、缩口段72、稳流段73、扩压段74与稳压段75，所述入口段71、稳流段73、稳压段75的横剖面为矩形结构，所述缩口段72、扩压段74的横剖面为梯形结构；

所述入口段71的直径与缩口段72的大直径端的直径一致，缩口段72的小直径端的直径与稳流段73的直径一致，稳流段73的直径与扩压段74的小直径端的直径一致，扩压段74的大直径端的直径与稳压段75的直径一致。

所述文丘里进气管76的另一端依次经文丘里管7、流量计77、流量计出气管78后与出气稳压腔6相通；所述流量计77、流量计出气管78的直径大于等于入口段71的直径，所述稳压段75的直径与文丘里进气管76的直径一致。

所述补偿气路Y包括气轨总成进气管Y1、气轨总成出气管Y2与气轨总成3，所述进气稳压腔5依次经气轨总成进气管Y1、气轨总成3、气轨总成出气管Y2后与出气稳压腔6相通，所述气轨总成3内设置有至少两个天然气喷射器4，且天然气喷射器4的排列方式为并联。

所述气轨总成3包括上气轨31、下气轨32与天然气喷射器4，且在上气轨31内开设有单向开口的上气轨稳压腔33，下气轨32内开设有单向开口的下气轨稳压腔34；

所述上气轨稳压腔33的进气口经进气接头35与气轨总成进气管Y1相通，上气轨稳压腔33的侧围底部经天然气喷射器4与下气轨稳压腔34的侧围顶部相通，下气轨稳压腔34的出气口经出气接头36与气轨总成出气管Y2相通。

所述天然气喷射器4包括喷射器本体41及其内部开设的同轴的喷射器天然气通道42，所述喷射器天然气通道42的顶、底两端分别设置有上气轨天然气出口43、下气轨天然气进口44，所述上气轨天然气出口43与上气轨稳压腔33的侧围底部相通，所述下气轨天然气进口44与下气轨稳压腔34的侧围顶部相通。

所述喷射器天然气通道42包括同轴的上通道421、下通道422，所述上气轨天然气出口43依次经上通道421、下通道422后与下气轨天然气进口44相通，且上通道421的直径小于下通道422的直径。

本发明的原理说明如下：

本设计的目的在于满足重型天然气发动机的气量需求的基础上，既能确保喷嘴使用寿命，又能降低使用成本。对于重型天然气发动机而言，天然气消耗量很大，若单个喷嘴流量大，使用总数就少；若单个喷嘴流量小，使用总数就多。

就大流量喷嘴而言，开发难度大，使用寿命相对较短，市场普遍价格高。

就小流量喷嘴而言，虽说价格相对便宜，但使用数量较多的话，喷嘴一项的使用成本就很大。

为此，本发明提出一种新型天然气计量与供给方式，即采用燃气量分组，主气路、补偿气路并行结合的供给方案，只在补偿气路中设置较少数量的小流量喷嘴，不仅能够满足重型天然气发动机的气量需求，而且可通过补偿气路实现微调整，能克服现有技术采用小流量喷嘴所导致的使用成本很大的缺陷，此外，还能对较少数量的小流量喷嘴进行循环工作，成倍减小单个喷嘴的工作频率，使得单个喷嘴的使用寿命相对提高，进而增加整个气轨总成的使用寿命。

流量计：主气路采用流量计测量其天然气流量，为空燃比调整提供信息。

气轨总成出气管、文丘里进气管：该两种管道都为呈现一定拐角的管道，在应用中，一定的拐角对气流扩散、气流间动量交换有促进作用。

温度/压力传感器：在进气稳压腔的顶部设置有温度/压力传感器以对稳压腔内的气体进行即时的温度、压力监测，以利于精确控制。

实施例1：

参见图1至图4，一种发动机天然气计量与供给装置，包括天然气进口1、天然气出口2、主气路X与补偿气路Y，所述天然气进口1分别与主气路X、补偿气路Y的进气口相通，主气路X、补偿气路Y的出气口均经天然气出口2后与发动机相通，所述主气路X中流经的天然气的气量大于补偿气路Y（优选补偿气路Y中流经的天然气的气量占总气量的比例为小于等于10%），所述补偿气路Y中设置有气轨总成3，气轨总成3内设置有至少两个天然气喷射器4。

实施例2：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述主气路X包括文丘里进气管76与文丘里管7，所述文丘里进气管76的一端与进气稳压腔5相通，文丘里进气管76的另一端经文丘里管7后与出气稳压腔6相通。所述文丘里管7包括依次相通的入口段71、缩口段72、稳流段73、扩压段74与稳压段75，所述入口段71、稳流段73、稳压段75的横剖面为矩形结构，所述缩口段72、扩压段74的横剖面为梯形结构；所述入口段71的直径与缩口段72的大直径端的直径一致，缩口段72的小直径端的直径与稳流段73的直径一致，稳流段73的直径与扩压段74的小直径端的直径一致，扩压段74的大直径端的直径与稳压段75的直径一致。

实施例3：

基本内容同实施例2，不同之处在于：

所述文丘里进气管76的另一端依次经文丘里管7、流量计77、流量计出气管78后与出气稳压腔6相通；所述流量计77、流量计出气管78的直径大于等于入口段71的直径，所述稳压段75的直径与文丘里进气管76的直径一致。

实施例4：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述补偿气路Y包括气轨总成进气管Y1、气轨总成出气管Y2与气轨总成3，所述进气稳压腔5依次经气轨总成进气管Y1、气轨总成3、气轨总成出气管Y2后与出气稳压腔6相通，所述气轨总成3内设置有至少两个天然气喷射器4，且天然气喷射器4的排列方式为并联。所述气轨总成3包括上气轨31、下气轨32与天然气喷射器4，且在上气轨31内开设有单向开口的上气轨稳压腔33，下气轨32内开设有单向开口的下气轨稳压腔34，所述上气轨稳压腔33的进气口经进气接头35与气轨总成进气管Y1相通，上气轨稳压腔33的侧围底部经天然气喷射器4与下气轨稳压腔34的侧围顶部相通，下气轨稳压腔34的出气口经出气接头36与气轨总成出气管Y2相通。

实施例5：

基本内容同实施例4，不同之处在于：

所述天然气喷射器4包括喷射器本体41及其内部开设的同轴的喷射器天然气通道42，所述喷射器天然气通道42的顶、底两端分别设置有上气轨天然气出口43、下气轨天然气进口44，所述上气轨天然气出口43与上气轨稳压腔33的侧围底部相通，所述下气轨天然气进口44与下气轨稳压腔34的侧围顶部相通。所述喷射器天然气通道42包括同轴的上通道421、下通道422，所述上气轨天然气出口43依次经上通道421、下通道422后与下气轨天然气进口44相通，且上通道421的直径小于下通道422的直径。

实施例6：

基本内容同实施例1，不同之处在于：

所述天然气进口1经进气稳压腔5后与主气路X、补偿气路Y的进气口相通，所述主气路X、补偿气路Y的出气口经出气稳压腔6后与天然气出口2相通。